Скрытые сокровища: как семена помогают изучать роль огня в австралийских ландшафтах

Огонь — естественная часть экосистем Австралии. Многие растения адаптировались и даже процветают после пожаров. Они могут хранить семена в почве, готовые прорасти после огня, или цвести после пожара, что помогает им произвести следующее поколение семян.

Большая часть знаний учёных о растениях и огне основана на изучении того, что происходит над землёй. В новом исследовании мы с коллегами изучили, что происходит под землёй.

Я изучала растения в эвкалиптовых редколесьях Гариверда (Грампианс), включая богатый видами Национальный парк Грампианс в Виктории. Целью было выяснить, какие семена ждут в почве и связано ли их наличие или отсутствие с прошлыми пожарами. Но сначала их нужно было вырастить.

В ходе серии экспериментов в теплице я обнаружила, что банк семян в каждом образце почвы отражает её прошлый опыт воздействия огня. Более частые пожары истощали запасы однолетних растений, таких как крестовник пурпурнолистный (Senecio picridioides) и росянка железистая (Drosera glanduligera). Однако многолетние растения, живущие много лет, оказались более устойчивыми.

Также стало ясно, что ландшафты выигрывают от мозаичной структуры пожаров, когда одни участки горели недавно, а другие — давно. Управление ландшафтами для создания такой мозаики в истории пожаров позволит поддерживать потребности широкого спектра видов.

Изучение образцов почвы

Я взяла образцы почвы с 57 участков в Гариверде/Грампианс, которые пережили разную пожарную историю за последние 80 лет. Некоторые горели всего один раз, другие — до девяти раз.

Затем я подвергла образцы почвы различным обработкам теплом и дымом, чтобы имитировать разнообразие сигналов, необходимых разным семенам для прорастания. Например, известно, что гладкий попугайный горошек (smooth parrot pea), желтоцветковый кустарник из района исследования, предпочитает для прорастания сильный жар. У этого вида твёрдая семенная оболочка, которая растрескивается при высокой температуре. В отличие от него, некоторые травы и злаки предпочитают полное отсутствие нагрева.

После обработки каждый образец почвы был помещён в теплицу, поливался, и мы ждали, когда семена вырастут в растения.

За 15 месяцев из образцов выросло невероятное количество — 39 701 растение, принадлежащее к 245 различным видам. Среди удивительных видов были скрученный бородатый вереск (twisted beard heath) с пучками белых цветов и скрученными листьями, а также исчезающий грампианский триггер-плант (Grampians trigger plant), встречающийся только в Гариверде, который использует спусковой механизм для выброса пыльцы на насекомых.

Результаты изучения подземной части

Виды, выросшие в теплицах, рассказали историю пожаров, происходивших в местах их сбора.

Частота пожаров оказалась важным фактором. Но её влияние на наличие видов в почве зависело от того, был ли вид однолетним или многолетним, а также от того, как долго вид мог хранить семена.

Частые пожары (не реже одного раза в 15 лет) снижали наличие семян однолетних видов, способных хранить семена в почве много лет. Вероятно, потому что каждый пожар стимулировал прорастание семян, истощая их запас.

Однако семена других видов, включая многолетники, хранящие семена в почве лишь короткое время, по-видимому, могли выдерживать наблюдаемую частоту пожаров. Вероятно, эти виды меньше полагаются на хранение семян в почве для выживания после пожара, используя другие механизмы, такие как отрастание зрелых особей от ствола или основания.

Интересно, что более половины (53%) видов, обнаруженных в почвенном банке семян, не росли в виде растений над землёй. А у видов, представленных и семенами в почве, и растениями над землёй, их реакция на огонь над и под землёй не всегда совпадала. Это подчёркивает, что сложные взаимоотношения между огнём и жизненными циклами растений — это не только то, что видно над землёй!

Наши выводы указывают на важность исследования растений на всех стадиях их жизненного цикла, включая в значительной степени невидимое время существования в виде семян под землёй.

Здоровая мозаика пожаров

Исследование показывает, что эвкалиптовым редколесьям Виктории идёт на пользу разнообразие пожарных режимов. Это означает обеспечение того, чтобы некоторые участки оставались невыгоревшими в течение многих лет, в то время как другие горели недавно. Такая мозаика пожарных паттернов позволит выживать и процветать широкому разнообразию растений.

Эти новые знания помогают нам действовать для защиты растений как на локальном, так и на глобальном уровне.

На местном уровне я с радостью передала несколько тысяч проростков фонду Nature Glenelg Trust. Они использовали их для восстановления природного водно-болотного угодья, вернув семена в Гариверд.

В национальном и глобальном масштабе это исследование может помочь нам осмыслить меняющиеся модели пожаров для защиты биоразнообразия. В этом году в Калифорнии произошёл четвёртый по величине пожар в истории штата, сгоревшая площадь за неделю превысила площадь Лос-Анджелеса. А во время австралийских лесных пожаров «Чёрного лета» 2019–2020 годов более 100 видов растений полностью лишились своих надземных популяций.

Изучение семян в почве может помочь нам понять, как популяции растений могут восстановиться после пожара. Выяснение того, какие растения и каким образом страдают от огня и почему, поможет защитить их в будущем.